ANSYSMawell涡流场分析案例

RevisedbyChenZhenin2021ANSYSMawell涡流场分析 案例 全员育人导师制案例信息技术应用案例心得信息技术教学案例综合实践活动案例我余额宝案例 1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m，长度为100mm，横截面积为10×10m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。启动Maxwell并建立电磁分析在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYSElectromagnetic→ANSYSElectromagneticSuite→Windows64-bit→Maxwell3D命令，进入Maxwell软件界面。选择菜单栏中File→Save命令，将文件保存名为“training_post”选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令，弹出SolutionType对话框Magnetic:eddycurrent单击OK按钮依次单击Modeler→Units选项，弹出SetModelUnits对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。建立模型和设置材料依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：Cond材料设置为conductor，电导率为σ=106S/m依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：aux依次单击Draw→Line在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键名为line1依次单击Draw→line，生成长方形对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line2依次单击Draw→Region命令，弹出Region对话框，设置如下:Padindividualdirections（-100，-100，0）、（200，100，100）指定边界条件和源按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：Name:SourceInValue:100APalse:120deg单击OK按钮按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：Name:SourceInValue:100APalse:120deg按SwapDirection和OK按钮设置求解规则依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此时弹出SolutionSetup对话框，在对话框中设置：Maximumnumberofpasses（最大迭代次数）：10PercentError（误差要求）:1%RefinementperPass（每次迭代加密剖分单元比例）:50%Solver>AdaptiveFrequency（设置激励源的频率）:60Hz单击OK按钮。依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有说明前处理操作没有问题；如果有弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此时程序开始计算。后处理依次单击Maxwell3D>Fields>Calculator命令，弹出FieldsCalculator对话框导体内的功率损耗（体积分）方法一：选择Input>Quantity>OhmicLoss选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到Cond计算损耗约为5方法二： 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 为选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；选择Push选择General>Complex：Conj，求J的共轭；选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；选择Conductivity、Divide；单击OK按钮选择Vector>Dot选择General>Complex：Real；选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:2；单击OK选择General>/选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到Cond计算损耗约为5沿着导体路径的电压降（线积分）计算电压降的实部：计算公式为选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；选择Conductivity、Divide；单击OK按钮选择General>Complex：Real；选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮选择Vector>Tangent选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到电压降的实部分量为计算电压降的虚部：计算公式为选择Input>Quantity>J，获得电流密度矢量J；选择Vector>Mtal，出现MaterialOperation窗口；选择Conductivity、Divide；单击OK按钮选择General>Complex：Imag；选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮选择Vector>Tangent选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到电压降的实部分量为理论计算电压降幅值为安培定律（线积分）计算磁场强度的实部分量沿着线line2的线积分选择Input>Quantity>H；选择General>Complex：Real；选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮选择Vector>Tangent选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现实际电流的实部是100×sin120=计算磁场强度的虚部分量沿着线line2的线积分选择Input>Quantity>H；选择General>Complex：Imag；选择Input>Geometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮选择Vector>Tangent选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现实际电流的虚部是100×cos120=50A计算相位选择Exch和Rlup操作，确认计算器顶部为，接下来是选择Trig|Atan2，得到相位为计算磁通密度散度（体积分）计算磁通密度的实部分量散度在aux上的体积分选择Input>Quantity>B；选择General>Complex：Real；选择Vector>Divg选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现×10-10A计算磁通密度的虚部分量散度在aux上的体积分选择Input>Quantity>B；选择General>Complex：Imag；选择Vector>Divg选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现×10-9A磁通量的计算（面积分）磁通量实部的计算选择Input>Quantity>B选择Vector:Scal>ScalarY选择General>Complex：Real；选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮General>Domain选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现×10-8Wb磁通量实部的计算选择Input>Quantity>B选择Vector:Scal>ScalarY选择General>Complex：Imag；选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮General>Domain选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现×10-8Wb磁通量的幅度为×10-7Wb，进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为在环内感应电压的幅度为计算总电阻损耗（体积分）----Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis选择Input>Quantity>OhmicLoss选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Disk，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到Disk计算损耗约为计算磁通量----06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_ConductorBz_real选择Input>Quantity>B选择Vector:Scal>ScalarZ选择General>Complex：Real；选择General>Smooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OKGeneral>*选择Add和指定名称为Bz_realBz_imag选择Input>Quantity>B选择Vector:Scal>ScalarZ选择General>Complex：Imag；选择General>Smooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OKGeneral>*选择Add和指定名称为Bz_imag计算辐射功率----06_2_maxwell_eddycurrent_Radiation_Boundary选择Input>Quantity>E；选择Input>Quantity>H；选择General>Complex：Conj；选择Vector>Cross选择General>Complex：Real；选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:；单击OK选择General>*选择Add和指定名称为Poynting计算电流（面积分）----07_1_maxwell_transient_reluctance_motor选择Input>Quantity>J选择Vector:Scal>ScalarZ选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:150；单击OK选择General>/选择Output>Eval单击Done计算电流（面积分）----05_3_maxwell_magnetostatic_reluctance_motor选择Input>Quantity>J选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮选择Vector>Normal选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval出现通过线圈的电流，等于3750单击Done霍尔传感器流量密度作为时间的函数（面积分）-----07_2_maxwell_transient_rotational_motion选择Input>Quantity>B选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮选择Vector>Normal选择Undo选择Scalar>∫Integrate选择Input>Number，设置为Type:Scalar；Value:1；单击OK选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮选择Scalar>∫IntegrateGeneral>/选择Add指定名称为Bsensor单击Done通过线圈产生电流，作为时间的函数----07_3_maxwell_transient_translational_motion选择Input>Quantity>J选择Input>Geometry选择Surface，在列表中选择Coil_Terminal，单击OK按钮选择Vector>Normal选择Scalar>∫Integrate选择Add指定名称为It单击Done3D:铜线圈涡流分析启动Workbench并保存在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS→Workbench命令，启动ANSYSWorkbench，进入主界面。进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存名为“Eddycurrent”建立电磁分析双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令，弹出SolutionType对话框，选择eddycurrent，并单击OK按钮。依次单击Modeler→Units选项，弹出SetModelUnits对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。建立几何模型和设置材料创建铝板模型（stock）依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=294，dY=294，dZ=19，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：stock依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=18，Y=18，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=126，dY=126，dZ=19，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：hole选中stock和hole，依次选择菜单栏中Modeler→Boolean→Subtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框在BlankParts中选中stock实体在ToolParts中选中hole实体单击OK按钮得到铝板模型如下：单击几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择Aluminum作为铝板的材料创建线圈模型（coil）依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=119，Y=25，Z=49，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=150，dY=150，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：coilhole按E键，将体选择改为边选择，选中coilhole模型的4个竖边，如下图所示。将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler>Fillet命令，Fillet参数设置：FilletRadius:25mm；SetbackDistance:0mm依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=94，Y=0，Z=49，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=200，dY=200，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：coil按E键，将体选择改为边选择，选中coil模型的4个竖边，将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler>Fillet命令，Fillet参数设置：FilletRadius:50mm；SetbackDistance:0mm选中coil和coilhole模型，依次选择菜单栏中Modeler→Boolean→Subtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框在BlankParts中选中coil实体在ToolParts中选中coilhole实体单击OK按钮得到coil模型如下：单击coil几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料。创建相对坐标系选择菜单栏中Modeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>Offset命令，在绝对坐标栏中输入：X=200，Y=100，Z=0，并按Enter键设置激励电流加载面选中Coil几何，依次单击菜单中的Modeler→Surface→Section命令，在弹出的对话框中选择XZ并单击OK按钮，此时几何生成截面。保持截面处于加亮状态，依次单击菜单中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令，此时截面被分开。右击Terminal_Separate1命令，在弹出的快捷菜单中依次选择Edit→Delete命令。添加激励在模型树种选中线圈的截面，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：Name:Current1Value:2742AStranded:Checked单击OK按钮设置涡流存在区域依次单击菜单中的Maxwell3D>Excitations>SetEddyEffects命令，只勾选Stock：EddyEffects，然后单击OK按钮。设置求解域选择菜单栏中Draw→Region命令，在弹出的Region对话框中输入Value=300，并单击OK按钮。创建哑元DummyDummy技术的优点：只对所关心的局部区域进行加密剖分，提高该区域的计算精度，无需对整个区域进行加密，节约了计算资源。将坐标系改为GlobalCS依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-3，Y=68，Z=30，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=300，dY=8，dZ=8，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：dummy材料为真空设置Dummy的剖分参数，选中Dummy模型，选择菜单栏中Maxwell>MeshOperations>Assign>OnSelection>LengthBased命令，此时弹出ElementLengthBasedRefinement对话框，在对话框中填入以下内容：Name:Length1：RestrictLengthOfElements：RestricttheNumberofElementsMaximumNumberofElements:1000单击OK按钮选择菜单栏中Maxwell3D>AnalysisSetup>ApplyMeshOperations命令，开始划分网格。求解计算依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此时弹出SolutionSetup对话框，在对话框中设置：Maximumnumberofpasses（最大迭代次数）：10PercentError（误差要求）:2%RefinementperPass（每次迭代加密剖分单元比例）:50%Solver>AdaptiveFrequency（设置激励源的频率）:200Hz单击OK按钮。依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有说明前处理操作没有问题；如果有弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此时程序开始计算。查看结果（Calculator）使用Calculator计算器绘出线段A（0，72，34），B（288，72，34）上的磁感应强度B的Z向分量实部值，设置GlobalCS为工作坐标系。依次单击Draw→Line命令，绘制线段在绝对坐标栏中输入：X=-0，Y=72，Z=34，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=288，dY=72，dZ=34，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：FieldLine计算B的z向分量实部，依次单击Maxwell3D>Fields>Calculator命令，在弹出的FieldsCalculator对话框中做如下设置：在Category中选择B在Vector中选择Scal>ScalarZ在General中选择Complex>Real；单击Smooth在Input中单击NumberType:ScalarValue:10000单击OK按钮General:*点击Add，输入NamedExpression：Name:Bz_real，然后单击Done按钮依次选择Maxwell3D>Results>CreateFieldsReport>Rectangularplot命令，设置如下图，然后点击NewReport。绘出stock中的涡流辐值分布：选中stock，依次选择Maxwell3D>Fields>Fields>J>Mag_J命令。绘出stock中的涡流流向图：选中stock，依次选择Maxwell3D>Fields>Fields>J>Vector_J命令。3D:螺旋线圈涡流分析（正弦50Hz电流）启动Workbench并保存在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS→Workbench命令，启动ANSYSWorkbench，进入主界面。进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存名为“Lx_eddycurrent”建立电磁分析双击Workbench平台左侧的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此时在ProjectSchematic中出现电磁分析流程图。双击表A中的A2，进入Maxwell软件界面。在Maxwell软件界面可以完成有限元分析的流程操作。选择菜单栏中Maxwell3D→SolutionType命令，弹出SolutionType对话框，选择eddycurrent，并单击OK按钮。依次单击Modeler→Units选项，弹出SetModelUnits对话框，将单位设置成mm，并单击OK按钮。建立几何模型和设置材料创建螺旋模型（coil）依次单击Draw→UserDefinedPrimitive→SysLib→SegmentedHelix→PolygonHelix命令，在弹出的窗口中设置如下：PloygonRadius（多边形半径）：StartHelixRadius（螺旋半径）:15cmRadiusChange:cmPitch:0cmTurns:8单击OK按钮选中此模型，在左侧弹出属性对话框Name栏中将Value改成CoilMaterial栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料Color栏中将Value改成Yellow其余保持默认值依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=14，Y=0，Z=-2，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=2，dY=2，dZ=-2，并按Enter键依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=，Y=0，Z=-2，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=-2，dY=-2，dZ=-2，并按Enter键连接面，依次单击Edit→Select→Faces命令，选择2个Box相对的面，然后依次单击Modeler→Surface→CreateObjectfromFace命令，最后依次单击Modeler→Surface→Connect命令，完成连接。选中2个Box，选择菜单栏中Edit→Duplicate→AlongLine命令在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=1，并按Enter键单击OK按钮联合对象，依次单击Edit→Objects命令然后单击Edit→SelectAll命令，最后依次单击Modeler→Boolean→Unite命令，完成联合。创建底板选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令，创建正多面体在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=，并按Enter键；在相对坐标栏中输入：dX=41，dY=0，dZ=1，并按Enter键。此时左上角会弹出SegmentNumber对话框NumberofSegments:36单击OK按钮单击几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在对话框中填入以下内容：Name栏中将Value改成DisksMaterial栏中将Value展开选择Edit，选择Cast_iron（铸铁）作为底板的材料Color栏中将Value改成Orange其余保持默认值设置激励电流加载面选中Coil几何，依次单击菜单中的Modeler→Surface→Section命令，在弹出的对话框中选择YZ并单击OK按钮，此时几何生成截面，命名为Coil_Terminal。选中Coil_Terminal，依次单击菜单中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令，此时截面被分开。除了Coil_Terminal，选中所有的Sheets右击，在弹出的快捷菜单中依次选择Edit→Delete命令。添加激励在模型树种选中Coil_Terminal，依次单击菜单中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：Name:I_CoilValue:125ASolid:Checked单击OK按钮解决肌肤深度计算肌肤深度肌肤深度是指导体中电流密度减小到导体截面表层电流密度的1/e处的深度。公式为其中是角频率（，其中f=500Hz）是导体的电导率,铸铁的×106S/m是导体的相对磁导率；铸铁60是空间的磁导率，这等于4π×10-7A/m.此模型的肌肤深度约为创建表层协助肌肤深度网格划分依次单击Edit→Select→Faces命令，选中Disk最接近Coil的面依次单击Modeler→Surface→CreateObjectfromFace命令选择菜单栏中Edit→Arrange→Move命令在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=，并按Enter键选中Disk_ObjectFromFace1，选择菜单栏中Edit→Duplicate→AlongLine命令在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=，并按Enter键单击OK按钮设置求解域选择菜单栏中Draw→RegularPolyhedron命令，创建正多面体在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=50，并按Enter键；在相对坐标栏中输入：dX=150，dY=0，dZ=100，并按Enter键。此时左上角会弹出SegmentNumber对话框NumberofSegments:36单击OK按钮选中此正多面体，在左侧会弹出属性对话框，设置如下：Name栏中将Value改成Region：ChangedisplayWireframe其余保持默认值设置涡流效应依次单击菜单中的Maxwell3D>Excitations>SetEddyEffects命令，只勾选Disk：EddyEffects，然后单击OK按钮。求解计算依次选择菜单栏中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此时弹出SolutionSetup对话框，在对话框中设置：PercentError（误差要求）:2%RefinementperPass（每次迭代加密剖分单元比例）:20%Solver>AdaptiveFrequency（设置激励源的频率）:500Hz单击OK按钮依次选择菜单栏中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有说明前处理操作没有问题；如果有弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。依次选择Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此时程序开始计算。网格划分选中Disk，依次选择Maxwell3D→Fields→PlotMesh，然后单击OK按钮。计算总电阻损耗（Calculator）依次单击Maxwell3D>Fields>Calculator命令，在弹出的FieldsCalculator对话框中做如下设置：选择Input>Quantity>OhmicLoss选择Input>Geometry选择Volume，在列表中选择Disk，然后单击OK按钮选择Scalar>∫Integrate选择Output>Eval得到Disk计算损耗约为电流密度矢量图绘出Disk中的涡流流向图：选中stock，依次选择Maxwell3D>Fields>Fields>J>Vector_J命令，在对话框中勾选Plotonsurfaceonly，然后单击Done按钮。